Práctico 3 ejercicio 5_b

Práctico 3 ejercicio 5_b

de Jorge Gabriel Varela Kuolas -
Número de respuestas: 7

Hola, quisiera que alguien me de alguna ayuda con la parte b del ejercicio, no me doy cuenta cómo hallar las tensiones que me piden. No sé si el modelo de la corriente exponencial me sirve para este caso ya que intenté resolverlo por mallas y luego usar un método iterativo y obtuve cualquier cosa. Gracias de antemano.

Saludos

En respuesta a Jorge Gabriel Varela Kuolas

Re: Práctico 3 ejercicio 5_b

de Nicolas Gammarano -

Lo que hiciste está bien:

  • primero resolver la malla,
  • luego usando la ecuación del diodo dada en la letra (es decir el modelo exponencial I_{D1}=I_{O1}\left(e^{V_{D1}/V_{T}}-1\right) e I_{D2}=I_{O2}\left(e^{V_{D2}/V_{T}}-1\right)), podes reemplazar los voltajes V_{D1} y V_{D2} por las corrientes I_{D1} e I_{D2} (que además sabes que son la misma por estar en serie),
  • vas a obtener una ecuación trascendental (que no se puede despejar) que tiene como incógnita la corriente que podrás resolverla con un método iterativo como bien decis
  • finalmente, a partir de esta corriente, hallar los voltajes V_{D1} y V_{D2}

Por lo que decis pareciera que lo estás encarando bien...

Lo único que se me ocurre es que le puedas estar errando en un signo de corriente y/o de tensión. Por favor verificá que todas las corrientes y voltajes tienen los signos correctos. Recordá que en la ecuación del diodo, I_{D} es la corriente que entra por el ánodo y sale por el cátodo, y el voltaje V_{D} es el voltaje ánodo (+) - cátodo (-).


Saludos

En respuesta a Nicolas Gammarano

Re: Práctico 3 ejercicio 5_b

de Jorge Gabriel Varela Kuolas -

Te cuento lo que hice: planteo la malla RI+V_d1+V_d2=50, luego para los voltajes de los diodos despejé de la ecuación exponencial pero cambiando Vd por -Vd ya que está en inversa. Por lo que los voltajes me quedan de la forma Vt*log(Isat/(I+Isat)), que me parece que está bien porque ese logaritmo da negativo. El problema es que al sustituir y resolver con el método de newton en  wolfram alpha me da una corriente muy grande (5mA) que hace caer todo el voltaje sobre la resistencia. No tengo idea si estoy resolviendo mal el problema o está dando un valor erróneo el método iterativo por insertar mal algo.

En respuesta a Jorge Gabriel Varela Kuolas

Re: Práctico 3 ejercicio 5_b

de Fernando Silveira -

Hola Jorge,

Un par de comentarios

1) El error está en que en la ecuación del diodo (Vt*log(Isat/(I+Isat))) ese I, que sería la iD de la ec. del diodo en realidad es -I ya que el I en la malla (RI+V_d1+V_d2=50) es la corriente inversa por el diodo (es decir -iD).

2) El procedimiento que describió Nicolás es el procedimiento correcto para determinar la solución exacta al problema. No obstante esto hay otra manera, más cualitativa e intuitiva, de analizarlo que es la siguiente. Es mirarlo gráficamente teniendo en cuenta la forma que tiene la característica inversa del diodo.

Entonces si graficamos las características inversas de los dos diodos en cuestión tendríamos lo que se muestra en la figura adjunta.

Si observas ahi que ambas curvas tienden a la asíntota para tensiones mucho menores a 50V (es decir que para VD << 50V ocurre que exp(-VD/VT) << 1) y recordando que se trata en definitiva de encontrar dos puntos sobre esas curvas que cumplan que: a) la suma de los voltajes sea cerca de 50V (porque la corriente sabemos que no puede ser muy grande y por tanto tampoco la caida en la R) y b) que la corriente es la misma en ambos diodos,  de b) se deduce que la corriente no puede ser mayor a IO1 y de a) y de lo antes indicado (que llegan a la asintota para tensiones pequeñas) se puede ver que la corriente tiene que ser prácticamente IO1. De ahi se ve que el diodo 1 soporta casi toda la tensión aplicada, por lo que no es una buena estrategia usar diodos en inverso en serie.

Otro atajo para llegar a la solución es, sabiendo que la corriente no va poder ser más grande que la IO menor de las dos, ver que la caida en la R va a ser despreciable y esto ya simplifica un poco la parte numérica.

No se si esta explicación a distancia se entendió. Sino, en todo caso lo ver interactivamente en alguna clase de consulta.

Saludos,

Fernando



Adjunto Notes_200414_152146_8ac_1.jpg
En respuesta a Fernando Silveira

Re: Práctico 3 ejercicio 5_b

de Jorge Gabriel Varela Kuolas -

Entendí perfectamente la explicación intuitiva y es de gran ayuda, sin embargo, aún poniéndole el signo de menos a la corriente que me mencionaste obtengo un resultado totalmente erróneo. No sé si debo estar poniendo algo mal, no obstante me quedo con la explicación que diste. Gracias.

Saludos,

Gabriel

En respuesta a Jorge Gabriel Varela Kuolas

Re: Práctico 3 ejercicio 5_b

de Nicolas Gammarano -

Buenas,

Ahora intenté resolver la ecuación numéricamente, y lo que me pasa es que el resultado es tan pero tan parecido a \mathbf{I_{S1}} que el método numérico no llega a converger.

A partir de la ecuación trascendental:

E=RI-V_{T}\ln{\left(1-\frac{I}{I_{S1}}\right)}-V_{T}\ln{\left(1-\frac{I}{I_{S2}}\right)}

Esa ecuación es válida siempre que I < I_{S1} y además I < I_{S2} (porque sino los diodos 1 y 2 tendrían una corriente menor a -I_{S1} y -I_{S2} respectivamente, matemáticamente lo que pasaría es que queda un logaritmo de algo negativo).

Para I=0, el término de la derecha vale 0. Sin embargo si hacemos tender I a I_{S1}^{-}, el término de la derecha tiende a +\infty, y por continuidad sabemos que tiene que haber una solución I entre 0 e I_{S1}, para el cual el término de la derecha valga E=50\: V.

Si asumis que la solución es I=I_{S1} por el razonamiento que planteó Fernando, podes calcular V_{D2}, luego V_{D1} y finalmente I=-I_{D1} y corroborar que la solución es correcta. Si haces esto, llegas a I_{D1}=I_{S1}\left(1.32\times10^{-835}-1\right). El problema es que a I=I_{S1}, la ecuación no tiene sentido porque queda un logaritmo de 0 y numéricamente no se puede resolver (la máquina que ejecuta tu método numérico interpreta 1.32\times10^{-835}-1 como -1).


Ahora, el por qué el método numérico converge a otro valor, sospecho que si en vez de resolver la siguiente ecuación:

E=RI-V_{T}\ln{\left(1-\frac{I}{I_{S1}}\right)}-V_{T}\ln{\left(1-\frac{I}{I_{S2}}\right)}

resolviste la siguiente con un método numérico:

E=RI-V_{T}\ln{\left(\left(1-\frac{I}{I_{S1}}\right)\left(1-\frac{I}{I_{S2}}\right)\right)}

lo que pasa es que ahora lo que está dentro del logaritmo matemáticamente vale siempre que \left(1-\frac{I}{I_{S1}}\right)\left(1-\frac{I}{I_{S2}}\right)>0; que equivale a \left(I-I_{S1}\right)\left(I-I_{S2}\right)>0, que equivale a que la ecuación es válida si I < I_{S1} o \mathbf{I>I_{S2}}. Este nuevo rango (\mathbf{I>I_{S2}}) en realidad no tiene sentido en el circuito, y si existe solución, no vas a poder hallar los voltajes en los diodos a partir de esa corriente (ya que estarías pidiendo a los diodos una \mathbf{I_D < -I_{S2}}).


Bueno, tras todo este análisis queda claro que la idea era que hagan el análisis que mostró Fernando y que a partir de esas aproximaciones hallen los voltajes V_{D1} y V_{D2}.


Saludos!

En respuesta a Nicolas Gammarano

Re: Práctico 3 ejercicio 5_b

de Jorge Gabriel Varela Kuolas -

Estaba usando el logaritmo del producto como comentas, pero creo haberlo escrito de esa manera y no obtenía buenos resultados tampoco. En fin, creo que ese tipo de problema se aleja de lo que se pide del curso, aunque me gustó tu explicación sobre lo que fallaba en el problema. Muchas gracias por tomarte el tiempo de realizarlo y explicarlo en detalle. 

Saludos

En respuesta a Jorge Gabriel Varela Kuolas

Re: Práctico 3 ejercicio 5_b

de Heber Carbonel Turra -
En el libro del curso hay un ejercicio de ejemplo el ejemplo 3.4 que es muy similar a este ejercicio, pero dan otros datos que hacen posible resolverlo.
Otra cosa que me llamó la atención en este ejercicio es el valor del Io que es del orden de 10^-9 amperes mientras que el Is típico es del orden de 10^(-15)